CN103293441B - 利用分布参数实现线路单相接地故障单端测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用分布参数实现线路单相接地故障单端测距方法。本发明方法首先利用输电线路保护安装处的故障相电压、故障相电流、故障相负序电流和零序电流计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的幅值，然后选取故障距离初始值为l_x，以步长Δl逐次增加，依次计算输电线路上每一点的测距函数值f(l_x)直至输电线路全长，选取测距函数值f(l_x)最小的点距输电线路保护安装处的距离为故障距离。本发明方法采用分布参数描述输电线路电压、电流传输的物理特性，测距精度不受输电线路对地电容的影响，适用于任何电压等级输电线路单相接地故障单端测距，尤其适用于超高压、特高压输电线路单相接地故障单端测距。<!--1-->

Description

利用分布参数实现线路单相接地故障单端测距方法

技术领域

本发明涉及电力***单端故障测距技术领域，具体地说是涉及一种利用分布参数实现线路单相接地故障单端测距方法。

背景技术

根据电气量来源划分，故障测距方法主要分为双端测距方法和单端测距方法。双端测距方法利用输电线路两端电气量进行故障定位，需要通过数据传输通道获取对端电气量，对数据传输通道依赖性强，实际使用中还易受双端采样值同步性的影响。特高压交流输电线路往往是远距离输电线路，铺设测距所需的数据传输通道需要附加投资大量资金，因此，单端测距方法比双端测距方法更具实用性。单端测距方法仅利用输电线路一端电气量进行故障定位，无须通讯和数据同步设备，运行费用低且算法稳定，在高中低压输电线路中获得广泛应用。

目前，单端测距方法主要分为行波法和阻抗法。行波法利用故障暂态行波的传送性质进行单端故障测距，精度高，不受运行方式、过度电阻等影响，但对采样率要求很高，需要专门的录波装置，应用成本高。阻抗法利用故障后的电压、电流量计算故障回路阻抗，根据线路长度与阻抗成正比的特性进行单端故障测距，简单可靠,但测距精度受到过渡电阻和负荷电流等因素影响严重，尤其过渡电阻较大时，阻抗法测距结果会严重偏离真实故障距离，甚至出现测距失败。由于超高压、特高压输电线路沿线存在较大的分布电容电流，当超高压、特高压输电线路发生中高阻短路故障时，单端阻抗法测距结果会严重偏离真实故障距离，不能满足现场的应用要求。因此，采用集中参数建模的单端阻抗法不能直接应用于超高压、特高压输电线路的单端故障测距。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，而提供一种可克服过渡电阻和负荷电流对测距精度的影响，测距精度高，测距原理简单，实用性强的一种利用分布参数实现线路单相接地故障单端测距方法。

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：

利用分布参数实现线路单相接地故障单端测距方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

（1）保护装置测量输电线路保护安装处的故障相电压、故障相电流、故障相负序电流和零序电流；其中，φ=A相、B相、C相；

（2）保护装置计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的幅值ΔU：

$\mathrm{\&Delta;U}=\left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\right|\frac{\sin (\mathrm{\&theta;}-\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&gamma;})}{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}$

其中，φ=A相、B相、C相；为故障相电压；为故障相电流；为故障相负序电流；为零序电流；l_set为保护整定范围；Z₀为输电线路保护安装处的***零序等值阻抗；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序波阻抗、零序波阻抗；α=Arg(Z_c1th(γ₁l_set))；；γ₁、γ₀分别为输电线路正序传播系数、零序传播系数；

$\mathrm{\&gamma;}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}}\right)$ ；

$\mathrm{\&theta;}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}-Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)}\right)$ ；th(.)为双曲正切函数；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；

（3）保护装置选取故障距离初始值为l_x，计算距输电线路保护安装处l_x点的测距函数值f(l_x)：

$\begin{array}{c}f\left(l_x\right)=|\mathrm{\&Delta;U}-|Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)\\ Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)\left|\right|\end{array}$

（4）故障距离以步长Δl逐次增加，返回步骤（3），依次计算输电线路上每一点的测距函数值f(l_x)直至输电线路全长，选取测距函数值f(l_x)最小的点距输电线路保护安装处的距离为故障距离。

本发明的特点及技术成果：

本发明方法采用分布参数描述输电线路电压、电流传输的物理特性，测距精度不受输电线路对地电容的影响，适用于任何电压等级输电线路单相接地故障单端测距，尤其适用于超高压、特高压输电线路。本发明方法根据单相接地故障点对应的测距函数值最小原理进行输电线路单相接地故障单端测距，克服了过渡电阻和负荷电流对测距精度的影响，测距精度高，测距原理简单，实用性强。

附图说明

图1为应用本发明的线路输电***示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明的线路输电***示意图。图1中TV为电压互感器、TA为电流互感器。保护装置对输电线路保护安装处的电压互感器TV的电压和电流互感器TA的电流波形进行采样得到电压、电流瞬时值，然后保护装置对其采集到的电压、电流瞬时值利用傅里叶算法计算输电线路保护安装处的故障相电压、故障相电流、故障相负序电流和零序电流；其中，φ=A、B、C相。

保护装置计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的幅值ΔU：

$\mathrm{\&Delta;U}=\left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\right|\frac{\sin (\mathrm{\&theta;}-\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&gamma;})}{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}$

其中，φ=A相、B相、C相；为故障相电压；为故障相电流；为故障相负序电流；为零序电流；l_set为保护整定范围；Z₀为输电线路保护安装处的***零序等值阻抗；Z_c1、Z_c0分别为输电线路正序波阻抗、零序波阻抗；α=Arg(Z_c1th(γ₁l_set))；；γ₁、γ₀分别为输电线路正序传播系数、零序传播系数；

$\mathrm{\&gamma;}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}-1){\stackrel{.}{I}}_0}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}}\right)$ ；

$\mathrm{\&theta;}=\mathrm{Arg}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}-Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)}\right)$ ；th(.)为双曲正切函数；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数。

保护装置选取故障距离初始值为l_x，计算距输电线路保护安装处l_x点的测距函数值f(l_x)：

$\begin{array}{c}f\left(l_x\right)=|\mathrm{\&Delta;U}-|Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)-Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)\\ Z_{c1}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+\left(\frac{Z_0\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)+Z_{c0}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)-\mathrm{ch}\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{\mathrm{set}}\right)}{Z_{c1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{\mathrm{set}}\right)}\right){\stackrel{.}{I}}_0)\left|\right|\end{array}---\left(1\right)$

故障距离以步长Δl逐次增加，反复利用式（1）依次计算输电线路上每一点的测距函数值f(l_x)，直至输电线路全长，选取测距函数值f(l_x)最小的点距输电线路保护安装处的距离为故障距离。

本发明方法采用分布参数描述输电线路电压、电流传输的物理特性，测距精度不受输电线路对地电容的影响，适用于任何电压等级输电线路单相接地故障单端测距，尤其适用于超高压、特高压输电线路单相接地故障单端测距。本发明方法根据单相接地故障点对应的测距函数值最小原理进行输电线路单相接地故障单端测距，克服了过渡电阻和负荷电流对测距精度的影响，测距精度高，测距原理简单，实用性强。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.利用分布参数实现线路单相接地故障单端测距方法，保护装置测量输电线路保护安装处的故障相电压故障相电流故障相负序电流和零序电流其中，φ为故障相，其为A相、B相或C相中的一相，其特征在于：还包括步骤

(1)保护装置计算单相接地故障点到输电线路保护整定范围处的电压降的幅值ΔU：

$\mathrm{\&Delta;}U=\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}\right|\frac{sin(\mathrm{\&theta;}-\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&gamma;})}{sin(\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;})}$

其中，φ＝A相、B相、C相；为故障相电压；为故障相电流；为故障相负序电流；为零序电流；l_set为保护整定范围；Z0为输电线路保护安装处的***零序等值阻抗；Zc1、Zc0分别为输电线路正序波阻抗、零序波阻抗；α＝Arg(Z_c1th(γ₁l_set))；γ₁、γ₀分别为输电线路正序传播系数、零序传播系数； $\mathrm{\&gamma;}=Arg\left(\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_{0}ch\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{set}\right)+Z_{c0}sh\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{set}\right)-Z_{0}ch\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{set}\right)}{Z_{c1}sh\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{set}\right)}-1){\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0}{{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}2}}\right);$ $\mathrm{\&theta;}=Arg\left(\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}}{{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{\&phi;}}-Z_{c1}th\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{set}\right)({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_{0}ch\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{set}\right)+Z_{c0}sh\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{set}\right)-Z_{0}ch\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{set}\right)}{Z_{c1}sh\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{set}\right)}-1\left){\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0\right)}\right);$ th(.)为双曲正切函数；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；

(2)保护装置选取故障距离初始值为l_x，计算距输电线路保护安装处l_x点的测距函数值f(l_x)：

$\begin{array}{c}f\left(l_x\right)=|\mathrm{\&Delta;}U-|Z_{c1}th\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_{0}ch\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_x\right)+Z_{c0}sh\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_x\right)-Z_{0}ch\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)}{Z_{c1}sh\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_x\right)}-1\left){\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0\right)-\\ Z_{c1}th\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{set}\right)({\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&phi;}}+(\frac{Z_{0}ch\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{set}\right)+Z_{c0}sh\left({\mathrm{\&gamma;}}_0{l}_{set}\right)-Z_{0}ch\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{set}\right)}{Z_{c1}sh\left({\mathrm{\&gamma;}}_1{l}_{set}\right)}-1\left){\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_0\right)\left|\right|\end{array}$

(3)故障距离以步长Δl逐次增加，返回步骤(2)，依次计算输电线路上每一点的测距函数值f(l_x)直至输电线路全长，选取测距函数值f(l_x)最小的点距输电线路保护安装处的距离为故障距离。